摘 要：针对污水处理厂的工艺异常和设备设施故障，开展日常运行风险的管理与控制研究。基于集中管控、闭环管理、分级响应、立体支持原则，建立了污水处理厂风险管控的过程模型，并提出了集信息监测、异常和故障分析、风险响应及反馈、预防维护保养、知识管理等在内的风险管控体系。
关键词：污水处理厂 风险管控 闭环管理 分级响应 知识库
城市污水的高效处理是一个城市经济发展的重要保证。为了保障城市污水的处理效率，针对污水处理过程进行日常运行风险的管理和控制是非常有必要的。
污水处理厂是城市污水处理的基层单位，为了实现日常运行风险的有效管控，须保证工艺过程及关键设备在日常运营中的可靠运行，减少、避免并及时修复其出现的异常和故障，从而及时、安全地对城市污水进行处理。目前，日常巡视及定期维护是常用手段之一[1-2]，但这并不能完全杜绝污水处理厂包括工艺超差[3-4]、设备故障 [5-6] 等在内的日常运行风险的发生。而一旦异常或故障发生，解决方式多依靠人工经验，而较少有专业的专家知识提供技术支撑，且缺乏异常和故障处理的闭环反馈机制。为此，定点定时的风险监控，并辅以相应的闭环风险处理机制以及专业的技术支持将显得非常必要[7]。
本文以污水处理厂的工艺过程及设备设施为对象，开展日常运行风险的管理和控制研究，建立了一套集信息监测、异常或故障分析、风险响应及反馈、预防维护保养、知识管理等在内的风险管控体系，从而为污水处理厂的日常运行提供保障。
1.日常运行风险的管控原则
日常运行风险的管理与控制是通过识别污水处理工艺和设备设施的异常和故障，并对其进行原因分析和诊断，评估其后果，进而触发相应的风险响应机制以达到控制风险的目的。为了提高污水处理厂日常运行风险管控的质量和有效性，以下四点原则至关重要。
*集中管控
目前的污水处理厂多有中央监测与控制系统保障污水处理过程的正常运行。因此，应以厂中央控制中心为核心，实现日常运行风险的集中管控。中控是主脑，所有的在线监控信息及现场信息均汇总到中控，控制指令也均通过中控发出，且所有反馈信息也由中控汇总。这样可保障信息的唯一性和一致性，大大提高风险应对的执行力。
*闭环管理
日常运行中工艺及设备设施的异常或故障采用优化的闭环响应流程，包括异常或故障监测、原因分析和推理、响应触发和执行、响应反馈、统计分析在内的整个闭环流程。闭环管理模式有利于异常或故障的跟踪及总结，并可作为完善知识库的重要依据。
*分级响应
通常，不同的工艺异常或设备设施故障对于整个污水处理过程的影响是不同的，其所需要动用的人力、物力也不同。因此，可根据异常和故障的重要程度及自身属性，采取不同的响应级别，以减少资源的浪费。
*立体支持
目前多数基于专家库的风险诊断分析系统多侧重于污水处理异常和故障的原因分析，而忽视了其他方面。事实上，响应级别的选定、解决方案的制定等环节均需要专家知识的有效支持。因此，知识对于闭环响应流程的全方位立体化的支持是必不可少的。
2.日常运行风险的闭环管控过程
基于日常运行风险管控的四点基本原则，图1给出了污水处理厂日常运行风险管控的过程模型。在这一过程中，污水处理工艺及设备设施的异常和故障知识是支持整个管理过程的基础。一方面，异常或故障知识来源于日常运行风险处理的经验积累，通过对污水处理厂风险响应执行反馈结果的统计分析，可极大丰富风险知识库的内容。另一方面，在发生处理工艺或设备设施的异常或故障时，已有的经验知识可为风险识别与响应提供技术支持。
如图1所示，污水处理厂工艺异常及设备设施故障的识别主要有两种手段，即中央集中监控系统的在线监测以及厂内巡视人员的现场巡查。一旦发现异常或故障，相关信息都会汇总到厂部的中央集控中心，进而由集控中心触发相应的风险响应机制，实现对运行风险的即时响应。
异常或故障发生后，集控中心风险管理人员须首先对异常或故障的现象进行分析，区分是工艺异常还是设备设施故障，并对相应的异常或故障原因进行分析和判断。在这一过程中，风险管理人员可根据知识库内的异常和故障知识，结合现场情况实现异常或故障原因的分析和推理。一旦风险原因得以确定，便可结合知识库确定所需触发的响应级别。通常来说，根据运行风险的影响程度，污水处理厂会结合自身的组织结构和外协需求设计不同的响应级别。图2给出的是某污水处理厂设备运行风险的四级分层响应机制。在确定响应级别时，风险管理人员仍可从知识库中获得历史的解决方案和常用的响应级别。
风险响应级别触发执行过程中，须由中央控制中心时刻跟踪风险响应的执行情况，并根据现场反馈的信息决定是结束本次响应还是触发下一级响应。所有的风险响应的截止条件是必须获取本次响应的执行结果信息，也即反馈信息，以保证信息的完整性，同时也为知识库提供经验积累，实现风险响应的闭环操作。
知识库在整个过程模型中是一个重要的反馈环节，其在吸收历史数据经验知识的同时，还可为异常或故障提供全方位的技术支持，包括异常或故障现象、原因、解决方案及响应级别。为了更好的描述异常或故障知识，我们采用FMEA（Failure Mode and Effect Analysis）和FTA（Failure Tree Analysis）相结合的方法。FMEA可提供管理所需的包括现象、原因、解决方案等在内的各种属性，而FTA的重点在于对故障原因进行细分，直至找出最终的故障原因。表1给出了某污水处理厂基于FMEA和FTA的出水工艺异常的知识表达方式。表中，出水工艺的异常原因可按照FTA的要求按级别往下细分，针对每种故障原因可启动相应级别的响应机制。此外，工艺超差的原因很多是由设备故障引起的，此时可视情况跳转到相应设备的故障响应级别。
3.日常运行风险管控的框架体系
过程模型给出了四点原则下的污水处理厂日常运行风险的闭环管控过程，而要实现这一闭环响应过程，需要其他一系列的辅助措施，包括知识管理、应急预案管理和预防维护保养管理，在此基础上形成一套完整的风险管理与控制体系。图3给出了污水处理厂日常运行风险的管理框架。